Optymalizacja lokalizacji pomiarów w redundantnym systemie pomiarowym procesu konwersji energii – studium przypadku

• Autorzy: Szega M.

Warianty tytułu

EN

Optimization of measurements location in redundant measurementssystems of energy conversion process – case study

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

System pomiarowy procesu energetycznego traktuje się jako redundantny, jeśli spełnia on warunki zastosowania zaawansowanej walidacji i uwiarygodnienia pomiarów – metody rachunku wyrównawczego. Na etapie projektowania takiego systemu pojawia się, z punktu widzenia metody optymalizacji, zarówno problem liczby nadmiarowych pomiarów jak również ich lokalizacji w systemie pomiarowym procesu. Nadrzędne rozwiązywane zadanie optymalizacyjne należy w tym przypadku do problemów optymalizacji kombinatorycznej. Zadania te należą do trudnych z obliczeniowego punktu widzenia. Dla współczesnej szybkości obliczeniowej komputerów i dla większych wymiarowo zadań może to być istotnie utrudnione, ponieważ czas obliczeń odpowiedniego algorytmu komputerowego jest funkcją wykładniczą wymiaru rozwiązywanego problemu. Przeprowadzono obliczenia optymalizacji lokalizacji pomiarów dla symulowanego redundantnego systemu pomiarowego przykładowego bloku ciepłowniczego gazowo-parowego. W obliczeniach zaawansowanej walidacji i uwiarygodnienia pomiarów zastosowano tzw. uogólnioną metodę rachunku wyrównawczego polegającą na przypisaniu wielkości niemierzonej w systemie pomiarowym statusu tzw. pseudo-pomiaru, czyli wielkości szacowanej ze skończoną wartością niepewności tego oszacowania. Jako funkcję celu zadania optymalizacji kombinatorycznej przyjęto względną niepewność stopnia wykorzystania energii chemicznej paliwa w bloku. Do oceny redundantnego systemu pomiarowego traktowanego całościowo wykorzystano względną entropię informacji – dywergencję Kullbacka-Leiblera. Obliczenia optymalizacyjne przeprowadzono dla wszystkich elementów przestrzeni stanów, tzn. obliczono wartości przyjętej funkcji celu dla wszystkich możliwych konfiguracji lokalizacji rozpatrywanych pomiarów nadmiarowych dla zadanej ich liczby. Przeprowadzono dyskusję otrzymanych wyników ze względu na możliwości ograniczenia wymiarowości rozwiązywanego zadania optymalizacji kombinatorycznej i w związku z tym znaczącym skróceniem czasu obliczeń numerycznych.

EN

The measurements system in an energy technology process is treated as a redundant, if it fulfills the conditions for the application of the advanced data validation and reconciliation. At the design stage of such a system, the problem of the number of redundant measurements as well as their location appears from the point of view of the optimization method. In this case, the solved superior optimization problem is the problem of the combinatorial optimization. These tasks are difficult from a computational point of view. For contemporary computers this may become impossible for larger-scale tasks, because the computing time of the corresponding algorithm is an exponential function from the problem dimension to the solution. Example calculations for the redundant measurement system of a selected gas-and-steam CHP unit have been carried-out. As an objective function of the combinatorial optimization task, the relative uncertainty of the energy utilization factor was assumed. To evaluate the redundant measurements system as a whole the relative information entropy – Kullback-Leibler divergence has been accepted. The optimization calculations for all state space elements, i.e. for all possible location configurations of the redundant measurements in the system have been preformed. Discussion of the received results due to the possibility of limiting the dimensionality of the solved optimization combinatorial task and consequently the significant reduction of the numerical calculation time has been carried out.

Słowa kluczowe

PL

zaawansowana walidacja pomiarów; blok gazowo-parowy; optymalizacja lokalizacji pomiarów

EN

advanced data validation and reconciliation; gas-and-steam CHP unit; optimization of measurements location

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 6
• Strony: 14--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szega M.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, ul. Konarskiego 22, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Bagajewicz M.J., Chmielewski D.J., Tanth D.N.: Smart Process Plants: Software and Hardware Solutions for Accurate Data and Profitable Operations. McGraw-Hill Company Inc., (2010).
• [2] Cattell R. B. (1966). The Scree test for the number of factors. Multivariate Behavioral Research, 1, 245–276. http://dx.doi.org/10.1207/s15327906mbr0102_10
• [3] Duchi J. (2014). Derivations for Linear Algebra and Optimization. Pozyskano z http://stanford.edu/~jduchi/projects/general_notes.pdf
• [4] Greń J.: Statystyka matematyczna. Modele i zadania. Wyd. VII. PWN, Warszawa, (1984).
• [5] Kullback S., Leibler R.A. (1951). On Information and Sufficiency. Annals of Mathematical Statistics. 22 (1), p.: 79–86.
• [6] Narasimhan S., Jordache C.: Data Reconciliation and Gross Error Detection. An Intelligent Use of Process Data. Gulf Publishing Company. Houston, Texas, (2000)
• [7] Shannon C.E. (1948). A Mathematical Theory of Communication. The Bell System Technical Journal, Vol. 27, p.: 379–423.
• [8] Sysło M.M., Navsingh D., Kowal J.S.: Algorytmy optymalizacji dyskretnej. PWN. Warszawa, (1995)
• [9] Szargut J., Ziębik A.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i elektryczności – elektrociepłownie. PAN Oddz. Katowice, Komisja Energetyki. WPK Jacka Skalmierskiego. Katowice-Gliwice, (2007).
• [10] Szargut J., Skorek J.: Influence of the Preliminary Estimation of Unknown on the Results of Coordination of Material and Energy Balances. Bull. Pol. Acad. Sci., Techn. Series, 39, nr 2, (1991)
• [11] Szargut J. (red.): Rachunek wyrównawczy w technice cieplnej. PAN Oddz. Katowice, Komisja Energetyki. Ossolineum, (1984).
• [12] Szega M.: Zaawansowana walidacja i uwiarygodnienie danych pomiarowych w procesach cieplnych. PAN Oddz. Katowice, Komisja Energetyki. Wyd. Prac. Komp. J. Skalmierskiego, Gliwice, (2016).
• [13] Szega M.: Using data reconciliation to improve the reliability of the energy evaluation of a gas-and-steam CHP unit. Journal of Power Technologies. No 5, Vol. 95, 2015, 91–99.
• [14] Szega M., Ziębik A., Nowak G.T.: Systemy nadzoru eksploatacji bloków energetycznych z zastosowaniem metody rachunku wyrównawczego. W: A. Rusin (red.), Wybrane aspekty eksploatacji i diagnostyki bloków energetycznych nowych generacji (274-394). Wyd. Pol. Śl., Gliwice, (2015).
• [15] Szega M., Nowak G.T.: An optimization of redundant measurements location for thermal capacity of power unit steam boiler calculations using data reconciliation method. Energy, No 92, 2015, 135-141.
• [16] Veverka V., Madron F.: Material and Energy Balancing in the Process Industries. From Microscopic Balances to Large Plants. Computer-Aided Chemical Enginnering, 7, Elsevier Science B.V., (1997).
• [17] VDI-Guidelines.: Uncertainties of Measurement During Acceptance Tests on Energy Conversion and Power Plants. Fundamentals. VDI 2048, Part 1, (2000).
• [18] Zakład Metrologii Ogólnej Głównego Urzędu Miar.: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. International Organization for Standardization. Wydanie polskie, (1999).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).